Stratasys a récemment lancé le matériau Diran 410MF07 pour l'imprimante Stratasys 370. Ce matériau est un thermoplastique à base de nylon avec une charge minérale de 7 % en poids.

Des additifs tels que des minéraux ou des fibres (fibre de carbone) sont ajoutés au nylon pour modifier ses propriétés matérielles et, dans certains cas, pour rendre le matériau mieux adapté à des applications spécifiques. L'ajout de minéraux ou de fibres peut améliorer des caractéristiques telles que la rigidité, la résistance, la dureté, la HDT (température de déflexion thermique) et la compatibilité chimique. Les additifs peuvent également ajouter des capacités ou des fonctionnalités au matériau (comme l'ESD, la décharge électrostatique) qui, autrement, ne seraient pas présentes dans le matériau. Dans ce cas, l'ajout de minéraux a rendu le nylon plus résistant, plus rigide et plus dur, mais aussi plus lubrifiant et plus lisse. Un exemple de matériau/surface lubrifiant serait le DELRIN, ces surfaces sont bonnes pour le glissement ou le roulement car le matériau a un faible coefficient de friction. En raison de la lubrification et de la ténacité du Diran, il est parfaitement adapté aux applications d'outillage nécessitant une interface sans marquage entre l'outil et la pièce.

Il convient de noter qu'en raison de ces additifs, le matériau est désormais plus anisotrope dans ses propriétés matérielles. Cela signifie qu'il présente des valeurs différentes de propriétés matérielles dans différentes directions. En raison de cette caractéristique du matériau, vous remarquerez qu'il existe généralement deux valeurs pour la plupart des propriétés du matériau, telles que la résistance à la traction et la résistance à la flexion. Une valeur pour les directions dans le plan XY et une autre pour les directions dans l'axe Z. Tous les matériaux imprimés par FDM doivent être considérés comme anisotropes en raison des couches qui créent également des résistances différentes pour les directions dans le plan Z et dans le plan XY.

Diran a les propriétés matérielles suivantes :

• Bonne résistance
• Résistance supérieure à la flexion
• Grande résistance à l'impact
• Résistance chimique
• Résistance modérée à la température

Nous allons explorer ci-dessous chacune de ces propriétés matérielles.

Propriété du matériau - Résistance

L'ajout de minéraux au Diran a augmenté la résistance globale par rapport au Nylon12 pur. Pour évaluer la résistance du matériau, nous allons examiner la propriété de la résistance à la traction, qui est définie comme "la capacité d'un matériau à résister à l'arrachement". Ces propriétés sont testées comme le montre la Figure 1 et comme mentionné précédemment, en raison de la nature anisotrope de ce matériau composite, il est nécessaire de le caractériser dans le plan XY ainsi que dans la direction z.

En regardant le tableau 1 (ci-dessous), nous pouvons voir que la résistance à la traction du Diran est maintenant environ 1,5 fois supérieure à celle du Nylon 12 non chargé, mais pas aussi forte que le nylon avec fibre de carbone. La fibre de carbone dans le nylon le rend plus résistant que le Diran mais le contenu minéral du Diran le rend plus lubrifiant (coefficient de friction plus faible) que le Nylon12 CF.

En comparant la résistance du Diran et du NylonCF entre le plan XY et l'axe z, l'influence anisotopique de la fibre de carbone ou des additifs minéraux peut être vue comme le matériau a plus de résistance dans les directions XY qu'il ne l'a dans la direction Z.

MATÉRIEL	TENSILE XY (psi)	Z TENSILE (psi)
NYLON 12	4600	4100
DIRAN	6490	4460
NYLON 12CF	9190	4170
ULTEM	9300	6100

Tableau 1 : comparaison des propriétés des matériaux

Nous pouvons voir que la résistance du Diran, du Nylon 12 et du Nylon 12CF est essentiellement la même dans la direction z car les fibres et les minéraux ne se lient pas à travers les couches mais seulement à travers les couches. Comme il n'y a pas de liaison entre les couches, les additifs n'aident que dans le plan XY et la contrainte limitant la résistance dans la direction Z est l'adhérence couche à couche du matériau. Nous pouvons voir que l'adhérence couche à couche de l'ULTEM est légèrement meilleure que celle du nylon.

Propriété du matériau - résistance à la flexion

Le Diran a un allongement à la rupture de 12%, ce qui indique que ce matériau a une bonne flexibilité et une bonne ténacité. Il exprime la capacité d'un matériau à résister aux changements de forme sans formation de fissures, ce qui signifie que le Diran peut fléchir un peu avant de se rompre par rapport à d'autres matériaux ayant des valeurs inférieures. Nous pouvons constater que les nylons ont une excellente flexibilité mais que l'ajout d'additifs augmente la rigidité au détriment de la flexibilité. On peut le voir dans le Nylon 12CF qui n'est plus aussi résistant du point de vue de la flexibilité (plus cassant) et dont l'allongement à la rupture n'est que de 1,9 %, car les fibres de carbone ont rendu le matériau beaucoup plus rigide et plus fort au détriment de la flexibilité. Ce matériau ne résiste pas aussi bien à la flexion (il est plus susceptible de se fissurer), mais il est désormais plus solide (plus rigide) et ne se pliera pas autant sous une même charge.

• TPU92A = 550 %.
• NYLON 12 = 30 %.
• DIRAN = 12 %.
• PC = 4,8
• NYLON12CF = 1,9

Vous pouvez voir ci-dessus que le TPU est comme un caoutchouc et qu'il possède une étonnante résistance à la flexion par rapport à un matériau comme le PC ou le Nylon 12CF. On peut le constater en comparant la flexion du TPU à celle du PC, le PC se fissure et se casse sous une très faible déflexion par rapport à un matériau comme le TPU. Le Nylon 12 à 30% a une excellente résistance à la flexion, le Diran à 12% a une bonne résistance à la flexion.

Propriété du matériau - Résistance à l'impact

Le test d'impact IZOD Notched mesure la capacité du matériau à résister à une charge appliquée soudainement (impact) sans fissure ni déformation permanente. Les matériaux résistants comme le Diran ont généralement une bonne résistance à l'impact. Comme on peut le voir ci-dessous, l'ajout de minéraux dans le Diran a donné au matériau la capacité de résister à plus du double de l'énergie d'impact du nylon ordinaire. Ceci est particulièrement important pour les applications d'outillage où les outils sont soumis à des impacts pendant le formage.

• DIRAN = 380 J/m
• NYLON12 = 150 J/m

Propriété du matériau - résistance chimique

Les nylons ont généralement une bonne résistance chimique à la plupart des solvants, alcools et produits chimiques modérés. Diran a été testé et peut être utilisé avec des produits chimiques à base d'hydrocarbures. Il n'y a pas encore de données publiées sur la compatibilité chimique, cependant, lors de l'utilisation de Diran ou de tout autre matériau exposé à des produits chimiques, des tests de contact et d'exposition doivent être effectués pour vérifier toute interaction ou adéquation.

Propriété du matériau - résistance à la température

Diran a une HDT (température de déviation à chaud) de 90°C (194F). La température de déviation à chaud est la température à laquelle la déformation commence sous charge, donc dans la plupart des cas, votre application devra rester sous cette température. La HDT du Diran est meilleure que celle du Nylon12 recuit et pas aussi bonne que celle du Nylon12 CF, comme on peut le voir dans les valeurs, l'ajout de fibres de verre et de minéraux rend la HDT du matériau plus élevée.

• NYLON 12 = 55°C
• NYLON 12 recuit = 82°C
• DIRAN = 90°C
• NYLON12CF = 143°C

Toute pièce susceptible d'être utilisée dans un environnement où la température pourrait approcher la HDT doit faire l'objet d'une vérification thermique, de même que les roulements ou les surfaces exposées à des frottements susceptibles de générer des températures élevées.

Ultimately Diran est un nylon solide, très résistant, avec une surface lubrifiée et une bonne résistance aux produits chimiques et à la chaleur. Ce matériau est idéal pour les gabarits, les montages et autres formes d'outillage de fabrication générale. Quelques exemples sont présentés ci-dessous :

Utilisé dans l'assemblage automobile, ce bloc de localisation a été imprimé en 3D avec Diran™ 410MF07.

• Temps de construction = 38 minutes
• Matériau du modèle utilisé = 1.038 in^3
• Matériau de support utilisé = 0,119 in^3

 

Cet effecteur de robot a été imprimé en 3D avec Diran™ 410MF07.

• Temps de construction = 10 heures 53 minutes
• Matériau du modèle utilisé = 14.285 in^3
• Matériau de support utilisé = 3.314 in^3

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